爆破片在气体绝缘金属封闭开关设备中使用失效的分析.pdf

2023,16(2)上海电气技术99爆破片在气体绝缘金属封闭开关设备中使用失效的分析王益民上海西电高压开关有限公司摘要：在气体绝缘金属封闭开关设备中使用的爆破片，会出现各种异常失效情况，对电网的可靠运行造成影响。对爆破片在气体绝缘金属封闭开关设备中使用失效的多个案例进行分析，确认失效原因，为爆破片的安全使用提供参考。关键词：爆破片；气体绝缘金属封闭开关设备；失效；分析中图分类号：TM595Abstract:The bursting disc used in GIS can lead to various abnormal failure situations,whichwill affect the reliable operation of the power grid.Herein,multiple cases of failure of bursting discused in GIS were analyzed,and the causes of failure were identified,which can provide the referencefor the safe use of bursting disc.Keywords:Bursting Disc;GIS;Failure;Analysis上海2201712文献标志码：B文章编号：16 7 4-540 X(2023)02-099-05随着我国经济建设的高速发展，输配电行业也得到迅猛发展。气体绝缘金属封闭开关设备具有结构紧凑、占地面积小、受环境影响小、维护工作量相对较小等优点，已被广泛应用。由此，气体绝缘金属封闭开关设备的安全稳定运行非常重要。除内部绝缘闪络、机械故障、密封失效等常见故障之外，在气体绝缘金属封闭开关设备中广泛使用的爆破片，也需要重点关注。笔者针对爆破片在气体绝缘金属封闭开关设备中使用失效的情况进行分析，为爆破片在气体绝缘金属封闭开关设备中的安全使用提供参考。1爆破片使用情况气体绝缘金属封闭开关设备需要在额定气压下可靠运行，充气不当或运行中内部产生燃弧故障时，气体绝缘金属封闭开关设备壳体内部气压会升高至异常区间，如果不加以控制，可能会造成壳体破裂，导致人身伤害和设备损坏。所以，在气体绝缘金属封闭开关设备中采用压力释放装置尤为重要。压力释放装置一般包括一次性使用的爆破片和多次使用的逆止阀两种类型，气体绝缘金属封闭开收稿时间：2 0 2 3-0 3作者简介：王益民（197 0 一），男，本科，工程师，主要从事组合电器质量管理工作关设备选用的多为一次性使用的爆破片。爆破片具有稳定性好、可靠性高、性价比高等优点，缺点是一次性使用，破裂后气室内部六氟化硫气体会排到大气中，造成大气污染。六氟化硫还是一种高稳定性的温室效应气体，会对地球环境产生不良影响。爆破片的种类很多，常见的有正拱型、反拱型、平板型等，材质包括不锈钢和石墨材质。在气体绝缘金属封闭开关设备中普遍使用的是一种不锈钢材质反拱带槽型爆破片，如图1所示。这种爆破片的凸面安装在气室内侧，凹面安装在气室外侧。当气室内部气压达到爆破片动作压力时，凸面受压失稳反转向外，从减弱槽处撕开成四瓣，排出气室内压力异常升高的气体，保护设备不被损坏。正常爆破的爆破片如图2 所示。爆破片厂家供货一般有两种模式。一种是带夹持器的爆破片，如图3所示。一种是不带夹持器的爆破片。气体绝缘金属封闭开关设备厂家也可以设计加工夹持器，根据使用需求选择使用。2案例一案例一为密度继电器失效引起的事故。在某变100上海电气技术电站12 6 kV气体绝缘金属封闭开关设备安装现场，安装调试人员向断路器气室充气，发生爆破片开裂泄压事故。气室压力监视一般采用带指针的密度继电器，具有温度补偿功能，能将不同温度下的气室压力值转换为2 0 下的压力值。经过排查和分析，发现断路器气室的密度继电器指针存在内部卡滞现象。正常情况下，指针随着气体的充人逐步抬高，达到额定压力后停止充气，指针停于额定压力值。但这一密(a)凸面度继电器在气压未达到额定压力时就卡住了。操作人员没有注意观察密度继电器的异常，认为气压还没充到额定值，就不停充气，直到爆破片突然爆破。案例一提示，在向设备充气时，要随时观察密度继电器的指针变化，当指针出现停滞或其它异常情况时，要及时检查处理，以免引起过充事故。3案例二案例二为磕碰、装配不当导致的事故。(b)凹面某公司装配车间做气体绝缘金属封闭开关设备图1反拱带槽型爆破片出厂试验，气体绝缘金属封闭开关设备内部充有额定气压为0.6 MPa的气体。进行机械特性操作试验时，突然发生爆破片开裂泄压事故。事后经过仔细观察，异常失效的爆破片已反转，并沿减弱槽开裂，同时爆破片上有一处磕碰痕迹，如图4所示。通过与爆破片厂家沟通分析，并查阅相关资料，确认是由磕碰引起的异常失压。还有一种情况是在安装不带夹持器的爆破片时，由于没有安装到位，爆破片安装位置存在偏心，紧固夹持法兰时，爆破片变形，导致异常失效，如图5所示。案例二提示，针对爆破片生产、运输、安装使用图2 正常爆破的爆破片环节，要杜绝任何外力磕碰爆破片球形弧面，包括用手指按压也不行，同时还要保证安装位置正确，不存在偏斜。4案例三案例三为结冰导致的爆破片失效。某变电站运行中的户外12 6 kV气体绝缘金属封闭开关设备母线突然失压报警，经运维人员排查，发现母线隔离开关下方爆破片处出现漏气现象，由于无法及时排除故障，只能临时切断该段母线负荷，停电待修，并联系厂家紧急抢修。厂家维修人员在现场拆下爆破片图3带夹持器的爆破片导流罩，发现导流罩内还有不少冰块，并发现爆破片2023,16(2)2023,16(2)上海电气技术雪，夜里气温会降到一8 左右，开裂爆破片安装在壳体底部，如图6 所示，导流罩类似于小盆扣在爆破片上，导流罩底部没有落水孔，白天雨水聚集在导流罩内,夜里气温降到0 以下后，积水结冰，冰膨胀后对爆破片施加压力，导致爆破片开裂漏气，如图7所示。101(a)内表面(b)外表面图6 爆破片安装在壳体底部图4受到磕碰的爆破片(a)内表面图7 烤爆破片开裂漏气案例三提示，爆破片在设计安装位置时，需要考虑天气因素的影响。(b)外表面5案例四图5安装偏心导致爆破片失效案例四为夹持器设计不当引起的事故。某2 52延减弱槽已开裂一条缝，气体从缝隙中泄漏出来。kV变电站安装现场，有一台气体绝缘金属封闭开经分析得出结论，当时天气阴冷，白天有雨夹关设备气室在前一天充气到额定压力0.6 MPa，第102二天发现有两相气室气压降为0，经检查发现，失压相气室的爆破片破裂，导致气体泄漏。检查异常破裂的爆破片，凸面已经反转到凹面，但并不是额定动作压力下释放时四瓣完全张开的状态，其中一个爆破片只有二瓣开裂抬起，如图8 所示，另一个爆破片只有一瓣开裂抬起，如图9所示，释放都不完全。没有泄压相气室的爆破片虽然没有反转开裂，但是在起弧圆周上出现一圈隆起变形，如图10 所示，与正常爆破片平整圆环面不同，如图11所示。图8 爆破片反转开裂二瓣上海电气技术图11爆破片平整圆环面的原因，发现气体绝缘金属封闭开关设备厂家设计的爆破片夹持器上模开孔直径为8 0 mm，考虑夹持器上模开孔误差和倒角，实际有效夹持直径大于8 0mm。爆破片的起弧直径为8 0 mm，而爆破片厂家夹持器上模开孔直径要求为7 5mm，由此判断是上模开孔直径偏大引起的异常失效。爆破片使用结构如图12 所示。夹持器上模2023,16(2)泄放方向夹持器下模爆破片图12 爆破片使用结构为了验证分析结果，按爆破片使用结构进行上模爆破压力试验，试验一共测试14个爆破片，选用图9爆破片反转开裂一瓣图10 爆破片起弧圆周隆起变形与爆破片厂家技术人员一起分析本次异常失效三种开孔尺寸的上模，分别为直径7 5mm、直径8 0mm和直径8 0.5mm，试验结果见表1。爆破片技术要求为9 0 下额定动作压力为1MPa，常温爆破压力会提高至1.1MPa1.2 M Pa。为节省测试时间，试验全部采用常温爆破。从试验数据可以看出，与上模开孔直径7 5mm爆破压力数据相比，上模开孔直径8 0 mm的爆破压力数值平均下降17%，上模开孔直径8 0.5mm的爆破压力数值平均下降40%，如果上模开孔直径继续加大，爆破压力数值还会继续下降。由于是在额定动作压力的6 0%7 0%时爆破，因此试验中爆破片开裂并不充分，基本都只有一瓣裂开，如图13所示，与变电站现场气体绝缘金属封2023,16(2)序号12上海电气技术表1上模爆破压力试验结果上模开孔直径/mm8080103爆破压力/MPa1.0120.96788世放侧834567891011121314闭开关设备爆破片异常失效的情况吻合。案例四提示，爆破片夹持器的上下模尺寸非常关键，尤其是上模开孔尺寸不能大于爆破片的起弧直径，否则爆破片的动作压力将大幅下降，导致在非预期压力下失效。80.580.580.580.580.580.580.580.580.580.575750.6710.6980.7540.7370.7560.7340.7090.7600.6580.7101.1301.188图13上模爆破压力试验爆破片6结束语爆破片在气体绝缘金属封闭开关设备中使用时，会出现各种异常失效情况，包括密度继电器卡滞，爆破片被磕碰，装配操作不当，导流罩考虑不周，夹持器设计不当等。笔者结合实际案例，分析了爆破片失效的原因，可以为爆破片的安全使用与事故调查提供参考。参考文献1吴彬，舒立春，司马文霞，等.SF。气体绝缘与地球温室效应问题J.高压电器，2 0 0 0,36（6）：2 3-2 6.2闫兴清，喻健良，李岳，等.爆破片失效影响因素分析及失效案例J.压力容器，2 0 18，35（8）：52-57.3侯桂然，侯征然.反拱带槽爆破片异常爆破事故分析J.中国高新技术企业，2 0 15（3）：8 5-8 6.(编辑：尔东）(上接第6 7 页）3谢世星，徐长河，孙磊.核电站知识管理体系建设与实践C】/2 0 16 电力行业信息化年会，天津，2 0 16.4倪冬梅.企业知识型竞争情报修理体系的构建研究D.天津：天津商业大学，2 0 0 7.5乔大鹏，杨蕊.大型国企知识管理体系建设研究J.营销界,2 0 19(19):7 8-7 9.(编辑：禾禾)